高校智能化教育生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建與平衡策略研究

余冬梅

（陜西理工大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723000)

在線教育是隨著大規(guī)模在線開放課程在2012 年的英美國家誕生而逐步發(fā)展起來的，2013 年進(jìn)入我國。2017 年我國國務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出，要開發(fā)立體綜合教學(xué)場、基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺(tái)，開發(fā)智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系統(tǒng)[1]；2018 年我國教育部《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》中又明確，到2022 年基本實(shí)現(xiàn)“三全兩高一平臺(tái)”，努力構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)新模式、發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的教育服務(wù)新模式、探索信息時(shí)代教育治理新模式[2]。隨著我國的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”得到迅速發(fā)展，在新冠疫情期間，在教育部“停課不停教，停課不停學(xué)”的總要求下，在線教學(xué)在我國高校呈井噴式增長，據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2021年11月在線授課108 萬名教師，在線學(xué)習(xí)35 億人次，慕課數(shù)量和慕課學(xué)習(xí)人數(shù)均居世界第一，我國的慕課發(fā)展變化如表1和圖1所示。

圖1 我國慕課開課數(shù)量與學(xué)習(xí)人數(shù)變化趨勢圖

表1 2018—2021年慕課注冊用戶和選課人次（億）

在互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)不斷發(fā)展的未來，教育與其高度融合只是時(shí)間問題，高等教育將會(huì)沿著傳統(tǒng)無智能化-部分智能化-高度智能化-完全智能化[3]的路徑不斷演進(jìn)，當(dāng)前處于部分智能化階段，還屬于打破傳統(tǒng)無智能化的舊生態(tài)平衡的初期，因此，出現(xiàn)的矛盾問題較多。

1 問題提出

1.1 教師和學(xué)生基于教學(xué)平臺(tái)的信息技術(shù)素養(yǎng)不足

初期，線上/混合式教學(xué)模式被少部分教師應(yīng)用到教學(xué)中時(shí)，大多數(shù)學(xué)生感到新鮮，出于獵奇心理而接受，但隨著越來越多的教師和課程應(yīng)用線上教學(xué)模式，學(xué)生們內(nèi)心的新鮮感逐漸消磨，開始產(chǎn)生應(yīng)付和抵觸情緒，究其原因，主要有：

1) 有些教師采用線上/混合式教學(xué)模式，只是將原來線下進(jìn)行的教學(xué)環(huán)節(jié)機(jī)械地搬到了線上，并沒有充分利用教學(xué)平臺(tái)功能支持教學(xué),反而占用了學(xué)生的上網(wǎng)時(shí)間和流量。

2) 當(dāng)大量的課程采用線上/混合式教學(xué)時(shí)，教師使用的線上教學(xué)平臺(tái)種類繁多，學(xué)生每換一種平臺(tái)就需要把一定的精力花到線上工具的摸索上，影響了實(shí)際線上學(xué)習(xí)精力。

1.2 線上教學(xué)平臺(tái)的智能化水平普遍不足，對教與學(xué)的支持不夠

1) 不能很好地幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也不能幫助學(xué)生了解自己對知識(shí)和能力的掌握水平，無法測算教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度。

2) 在對學(xué)生學(xué)習(xí)過程考核方面，教學(xué)平臺(tái)上鮮有對學(xué)生答案相似度評判的功能，導(dǎo)致評價(jià)真實(shí)性不足，為了考核公正性仍需要教師人工識(shí)別，此工作量大且不具有成效感。

1.3 不能滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求

當(dāng)前的線上/混合式教學(xué)中所采用的學(xué)習(xí)資源推送模式，是教師根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)提前將學(xué)習(xí)資源放到學(xué)習(xí)平臺(tái)上，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需要在教師指定的資源范圍內(nèi)進(jìn)行自行分辨篩選，需要自我完成學(xué)習(xí)路徑、知識(shí)的二次組裝和構(gòu)建。而教學(xué)設(shè)計(jì)是教師在默認(rèn)學(xué)生已經(jīng)掌握前驅(qū)知識(shí)、具備前驅(qū)能力的條件下，根據(jù)自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)經(jīng)歷，揣摩學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容時(shí)的知識(shí)需求、學(xué)習(xí)路徑需求后完成的，只能設(shè)計(jì)出符合部分學(xué)生學(xué)習(xí)需求的方案，而非符合所有學(xué)生的需求。因此，當(dāng)前的線上教學(xué)抑或混合式教學(xué)模式無法真正做到個(gè)性化教學(xué)，而個(gè)性化學(xué)習(xí)需求也不能滿足。

1.4 線上教學(xué)資源建設(shè)存在不足

雖然在國家乃至各省教育主管部門的大力倡導(dǎo)和資金支持下，各個(gè)高校的積極參與下，建設(shè)了很多線上慕課資源，并對全國高校教師和學(xué)生開放，但資源的水平參差不齊，內(nèi)容量有多有少，而且由于各高校的辦學(xué)層次和定位不同，已建成的資源不一定適合所有高校。

1.5 線上課程思政的育人效果不佳

線上教學(xué)會(huì)導(dǎo)致教師與學(xué)生之間的互動(dòng)變少，學(xué)生學(xué)的模式變成“人-機(jī)器-人”，面對冰冷的電腦或移動(dòng)設(shè)備，缺少“面對面”教學(xué)模式的親近感，完全線上教學(xué)模式下的課程思政幾乎流于形式。

2 智能化教育生態(tài)系統(tǒng)的理論模型建構(gòu)

本文分析當(dāng)下高校人工智能+教育的發(fā)展現(xiàn)狀，可以看出教育生態(tài)系統(tǒng)儼然已經(jīng)出現(xiàn)了不平衡現(xiàn)象，結(jié)合生態(tài)學(xué)理論，構(gòu)建以在線教育為基礎(chǔ)的高校教育生態(tài)系統(tǒng)的理論和模型，借鑒和遵循生態(tài)學(xué)原理，促使基于互聯(lián)網(wǎng)+人工智能的高校教育生態(tài)系統(tǒng)盡快走向新的平衡，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

2.1 概念界定

1) 生態(tài)系統(tǒng)(Ecosystem)的概念

生態(tài)系統(tǒng)是指在一個(gè)特定環(huán)境內(nèi)，相互作用的所有生物和此環(huán)境的統(tǒng)稱。此特定環(huán)境里的非生物因子與其間的生物之間具有交互作用，不斷地進(jìn)行物質(zhì)的交換和能量的傳遞，并借由物質(zhì)流和能量流的連接，而形成一個(gè)整體[4]。簡言之，生態(tài)系統(tǒng)是由生物群落及其生存環(huán)境共同組成的動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)[5]。又可分為自然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng)[4]。

生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成因子有：非生物的物質(zhì)和能量、生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者[6]。非生物的物質(zhì)和能量是其他三類因子賴以生存的基礎(chǔ)平臺(tái)，借助該平臺(tái)按照生產(chǎn)者→消費(fèi)者→分解者→生產(chǎn)者的循環(huán)往復(fù)，進(jìn)行物質(zhì)交換和能量傳遞，形成完整的生態(tài)系統(tǒng)。

2) 教育生態(tài)系統(tǒng)的定義

生態(tài)系統(tǒng)理論下的教育系統(tǒng)應(yīng)屬于人工生態(tài)系統(tǒng)，其中各組成因子在各自主導(dǎo)行為的鏈接中產(chǎn)生循環(huán)關(guān)系并獲得各自所需，各方之間通過一定的能量流動(dòng)取得預(yù)期目標(biāo)，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，此為教育生態(tài)系統(tǒng)。

根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)理論，當(dāng)新的能量流進(jìn)入生態(tài)圈中，自然會(huì)導(dǎo)致舊生態(tài)的不平衡，生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)因子為了達(dá)到新的平衡需要進(jìn)行新一輪適應(yīng)性訓(xùn)練，可以是主動(dòng)訓(xùn)練或者被動(dòng)訓(xùn)練，而教育生態(tài)系統(tǒng)中的因子往往是屬于前者，否則終將被淘汰。

3) 智能化高等教育生態(tài)系統(tǒng)的概念

美國國家高等教育技術(shù)計(jì)劃之《重塑技術(shù)在教育中的作用：2017年國家教育技術(shù)計(jì)劃更新》(Reimagining the Role of Technology in Education: 2017 National Education Technology Plan Update) 中闡述了在教育技術(shù)的支持下，按照“學(xué)習(xí)(Learning) 、教學(xué)(Teaching) 、評估(Assessment) 、領(lǐng)導(dǎo)(Leadership) 和基礎(chǔ)設(shè)施與平臺(tái)系統(tǒng)(Infrastructure) ”五個(gè)方面定義了高等教育生態(tài)系統(tǒng)[7]，以確保所有學(xué)生都能公平獲得由技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高質(zhì)量教學(xué)為目標(biāo)。

2.2 智能化高等教育生態(tài)系統(tǒng)模型構(gòu)建

1) 模型的構(gòu)成要素（因子）

從生態(tài)學(xué)的角度，智能化的高等教育生態(tài)系統(tǒng)中的構(gòu)成因子有教育者、學(xué)習(xí)者和其利益相關(guān)者、管理者、智能教育技術(shù)支持者、基于人工智能的軟硬件集成平臺(tái)等五項(xiàng)。

教育者通常是指教師和教學(xué)輔助人員等，完成對知識(shí)、技能的總結(jié)、展示、講解、傳授以及相關(guān)的自主設(shè)計(jì)與管理，如教學(xué)設(shè)計(jì)等。學(xué)習(xí)者和其利益相關(guān)者通常是指學(xué)生及其家長或監(jiān)護(hù)/資助學(xué)生學(xué)習(xí)并關(guān)注其學(xué)習(xí)過程和結(jié)果的人，完成個(gè)性化學(xué)習(xí)與自主學(xué)習(xí)的自我設(shè)計(jì)以及對知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、測試、應(yīng)用等。管理者通常是指教育機(jī)構(gòu)（學(xué)校）、各級(jí)行政管理部門，完成各級(jí)教育教學(xué)制度、策略的制定、發(fā)布、指導(dǎo)執(zhí)行等。智能教育技術(shù)支持者通常是指提供智能化教育教學(xué)技術(shù)服務(wù)的人或機(jī)構(gòu)，完成智能化教育教學(xué)軟件的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、部署、維護(hù)等?；谌斯ぶ悄艿能浻布善脚_(tái)是指互聯(lián)網(wǎng)、智能化教育所需的軟硬件設(shè)施設(shè)備，包括所有教育教學(xué)資源，為其他構(gòu)成因子的活動(dòng)提供基礎(chǔ)性平臺(tái)。

2) 要素（因子）間關(guān)系

基于人工智能的軟硬件集成平臺(tái)在整個(gè)教育生態(tài)系統(tǒng)中起基礎(chǔ)支撐作用，其他四項(xiàng)構(gòu)成因子的所有教、學(xué)、管、服務(wù)等工作的開展均在平臺(tái)上進(jìn)行。教育者在平臺(tái)中進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)資源的準(zhǔn)備，將知識(shí)和技能傳授給學(xué)生，以及必需的教與學(xué)之間必備的交互和管理（包括對學(xué)生的主觀評價(jià)，客觀評價(jià)由平臺(tái)中的智能軟件自動(dòng)完成）。學(xué)習(xí)者在平臺(tái)中獲取學(xué)習(xí)所需所有資源，并在教育者的幫助下進(jìn)行學(xué)習(xí)以及與學(xué)習(xí)相關(guān)的任務(wù)。管理者將管理制度、策略等融入平臺(tái)軟件中，供其他系統(tǒng)因子根據(jù)自己的角色自動(dòng)匹配完成。智能教育技術(shù)支持者將智能軟件部署到平臺(tái)當(dāng)中供其他系統(tǒng)因子使用，并為他們提供后續(xù)技術(shù)服務(wù)。系統(tǒng)模型如圖2所示。

圖2 智能化教育生態(tài)系統(tǒng)模型圖

3 智能化教育生態(tài)系統(tǒng)演進(jìn)過程中的措施

生態(tài)過程中的適應(yīng)與發(fā)展是相互聯(lián)系的,適應(yīng)是為了更好的發(fā)展，發(fā)展是為了達(dá)到新的平衡。教育機(jī)構(gòu)（如學(xué)校）與外在環(huán)境是相互影響的,但是教育機(jī)構(gòu)受外在環(huán)境的影響程度更大，而教育生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng),在很大程度上不是通過改變環(huán)境來適應(yīng),而是通過自身的變革來適應(yīng)[8]。

在舊的教育生態(tài)系統(tǒng)中引入新的改變，如學(xué)習(xí)工具、教學(xué)模式、評估方式等，就會(huì)打破舊系統(tǒng)的原有平衡，形成動(dòng)蕩。當(dāng)前，教育生態(tài)系統(tǒng)從非智能化向著智能化路徑發(fā)展的過程中，勢必會(huì)通過引入互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)而帶來學(xué)習(xí)、教學(xué)、管理、評估和基礎(chǔ)平臺(tái)的改變，自然會(huì)引起舊教育生態(tài)系統(tǒng)的不平衡，我國高校當(dāng)前的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的改革正處于這樣的不平衡的動(dòng)蕩期，主要表現(xiàn)如表2所示。

表2 智能教育生態(tài)系統(tǒng)不平衡點(diǎn)分析

4 智能化的教育生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的策略分析與建議

智能化教育須是以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等多學(xué)科技術(shù)為支撐，這是達(dá)到教育生態(tài)平衡的“硬平臺(tái)”，同時(shí)還需要教育理念、管理策略等的“軟基礎(chǔ)”，二者共同作用才能達(dá)到適度的系統(tǒng)平衡?！坝财脚_(tái)”中通過硬件設(shè)備和算法來完成，而算法是人類解決問題的策略抽象到機(jī)器系統(tǒng)中的處理步驟，這些處理步驟集合又稱之為計(jì)算模型。因此，算法有時(shí)是冰冷的、必須可量化的，而教育應(yīng)該是有溫度的，有時(shí)候是主觀的和不完全量化的，將算法應(yīng)用到教育生態(tài)系統(tǒng)中，免不了要發(fā)生沖突和風(fēng)險(xiǎn)。

4.1 基于“硬平臺(tái)”的分析

對于智能化集成的基礎(chǔ)平臺(tái)研究和創(chuàng)新對于智能化教育的作用是不言而喻的，這是物質(zhì)基礎(chǔ)，是“硬平臺(tái)”，相對于“軟基礎(chǔ)”而言，即為皮之不存毛將焉附的作用。

這里重點(diǎn)說明的是“硬平臺(tái)”中的算法。隨著各類算法研究的不斷進(jìn)步，智能化教學(xué)平臺(tái)一定能達(dá)到教、學(xué)、管的顯性設(shè)計(jì)目標(biāo)，但是這個(gè)目標(biāo)或?qū)⑹潜涞?，因?yàn)殡[性的問題會(huì)隨之產(chǎn)生，如數(shù)字鴻溝、教育公平、個(gè)人隱私、數(shù)據(jù)應(yīng)用與安全等法律層面問題[9]，這些都將是導(dǎo)致教育生態(tài)系統(tǒng)不平衡的誘因，而這些問題的源頭核心是算法。

1) 在設(shè)計(jì)計(jì)算模型時(shí)，往往會(huì)忽略預(yù)求解問題中次要的或者很微小的信息屬性[10]，但這種忽略也給求解問題的真實(shí)性打了折扣，當(dāng)數(shù)據(jù)量很小的情況下，這種“微小”看似不起眼，但當(dāng)海量數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，其對計(jì)算結(jié)果的影響未必是“微小”的，而有時(shí)事物的特色卻正體現(xiàn)在這種“微小”中，這使得算法在應(yīng)用中存在一定的隱患，且這種隱患很難預(yù)估。

2) 在線教育需要人工智能技術(shù)，人工智能中的機(jī)器學(xué)習(xí)類算法具有自學(xué)習(xí)、自訓(xùn)練能力[10]，而人類對于這種自主性能力的發(fā)展方向很難理解和判斷，這本身也是一種隱患。

3) 算法最終展示的是計(jì)算模型，它是以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，具有公式化的特點(diǎn)，它會(huì)把輸入的數(shù)據(jù)按照同樣的計(jì)算步驟和方法進(jìn)行處理，這會(huì)把教育教學(xué)工作以同樣的規(guī)約進(jìn)行處理，有導(dǎo)致教育無差別的隱患，最終使個(gè)性化學(xué)習(xí)成為空話。

4) 計(jì)算模型是由“人”構(gòu)建的，算法是由“人”設(shè)計(jì)的，這些都需要基于“人”（設(shè)計(jì)者）對待解問題空間的理解而決定，一旦理解有偏差，其設(shè)計(jì)出來的軟件就會(huì)有缺陷，而且軟件一旦經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，其缺陷影響力將無限放大,若被放到教育系統(tǒng)中，其負(fù)面影響會(huì)不可估量，而教育不是生產(chǎn)產(chǎn)品，不可能將次品回爐重造。

4.2 基于“軟基礎(chǔ)”的分析

教育生態(tài)平衡的“軟基礎(chǔ)”應(yīng)該包括教育理念、課程思政、學(xué)習(xí)方法、管理策略等，這些都是不好進(jìn)行量化、不易評價(jià)好壞的軟概念，因此也很難用設(shè)備或者算法直接表現(xiàn)出來，只有當(dāng)它們在教育生態(tài)系統(tǒng)中化解成多個(gè)具體措施被運(yùn)用一段時(shí)間以后，由系統(tǒng)利益相關(guān)方的感受或者行為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析才能得出結(jié)論，而這些具體的措施也未必能夠被算法化。就教育理念來說，當(dāng)下教育部提倡的產(chǎn)出導(dǎo)向(Outcome Based Education，OBE) 的教育理念，還沒有一個(gè)計(jì)算模型可以將該理念直接設(shè)計(jì)到教育生態(tài)系統(tǒng)中，而只能在整個(gè)教育過程中通過教學(xué)環(huán)節(jié)共同作用達(dá)到OBE 的效果。因此，教育生態(tài)系統(tǒng)的“軟基礎(chǔ)”的特點(diǎn)是：不好量化、不易評價(jià)，這也是智能化教育生態(tài)系統(tǒng)中下一步重點(diǎn)研究的方向。

4.3 未來智能化教育生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的策略建議

不平衡性是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的特征，為使系統(tǒng)不平衡因素能盡快調(diào)整，第一，建立、規(guī)范相應(yīng)的制度政策、法律法規(guī)，界定出智能化教育建設(shè)的規(guī)范化的內(nèi)容和邊界；第二，嚴(yán)格管理算法策略的設(shè)計(jì)，算法應(yīng)嚴(yán)格在法律等相關(guān)條款下進(jìn)行，不能由設(shè)計(jì)者自行定義和設(shè)計(jì)，教育主管部門應(yīng)設(shè)置專門的管理分部，對教育生態(tài)系統(tǒng)中的所有智能算法進(jìn)行監(jiān)督、審查，對具有產(chǎn)生不良傾向的算法暫停運(yùn)行、責(zé)令及時(shí)改進(jìn)；第三，制定智能化教育生態(tài)系統(tǒng)從業(yè)人員道德規(guī)范，指導(dǎo)所有參與到該生態(tài)系統(tǒng)中的從業(yè)人員都要統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，規(guī)范行為，做出符合教育規(guī)律的教、學(xué)、管的行為，以及違反法律和職業(yè)道德的相應(yīng)懲戒措施；第四，在基于智能化教學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)均應(yīng)在法律界定范圍內(nèi)被保存、傳播、使用、分析和銷毀。

基于不同軟性概念的特點(diǎn)，采用不同的教育教學(xué)措施，不宜使用一刀切模式，基于生態(tài)系統(tǒng)理念，教育多樣性的體現(xiàn)也要求我們求同存異，應(yīng)該允許有些教學(xué)活動(dòng)采用線上形式，有些采用線下形式進(jìn)行。

5 結(jié)束語

教育智能化的核心要義是：將教學(xué)者從簡單、重復(fù)的工作中解放出來, 把時(shí)間、精力和智慧更多地投入到個(gè)性化教學(xué)、創(chuàng)造力的訓(xùn)練以及具有創(chuàng)新價(jià)值的教育教學(xué)設(shè)計(jì)中；提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率和效果，達(dá)到個(gè)性化學(xué)習(xí)的目標(biāo)；提高管理者的管理效能。人工智能的演化與發(fā)展可以替代教學(xué)者、學(xué)習(xí)者、管理者完成一些基礎(chǔ)性的工作，而且智能化的程度會(huì)越來越高，但這需要一個(gè)過程，需要我們完善教育生態(tài)系統(tǒng)中的“硬平臺(tái)”建設(shè)和“軟基礎(chǔ)”建設(shè)。在《教育部2022年工作要點(diǎn)》中第28條指出，要實(shí)施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)，強(qiáng)化需求牽引，深化融合、創(chuàng)新賦能、應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，積極發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，加快推進(jìn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能升級(jí)[11]。因此，我們相信，我國智能化高等教育生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展將會(huì)更加完善，期待文中設(shè)計(jì)的模型可以得到進(jìn)一步細(xì)化。